本技术涉及水处理，特别是涉及一种双级非接触式膜蒸馏废水处理装置及其处理方法。
背景技术：
1、核电站运行和维修、核事故应急处理、乏燃料后处理厂生产、医院放疗等领域都会产生大量的放射性废水。为保障环境安全和公众健康以及缩短放射性废水处理的流程，此类废水需被高效、经济、有效的减容和净化处理。目前，传统技术中的放射性废水的处理方法主要包括过滤法、离子交换法、蒸发浓缩法、吸附法、生物处理法或这几种工艺的组合，但上述处理方法中大多数系统设置复杂、能耗高，产生的固体废物量多，投资、运行和维护成本高。
2、其中，膜蒸馏技术借助疏水性微孔膜只允许水蒸气等易挥发组份能通过膜孔的特点，以膜两侧的气体分子压力差为驱动力的膜分离过程，膜蒸馏过程中维持膜两侧维持适当温差即可进行，因此膜蒸馏技术具有装置简单，操作条件温和，净化效果好等优点，能够广泛用于废水处理、浓缩、提纯等领域。但是传统膜蒸馏技术处理时，废水与膜直接接触，易造成膜污染、膜孔堵塞以及膜亲水化等问题，导致膜使用寿命短，通量低且不稳定，膜易破损且难于实现在线检测等问题，另外，膜蒸馏技术需要维持膜两侧较大的温差，存在能耗较高的问题，因此传统的膜蒸馏技术也难以满足实际的生产需要。进一步地，对于医院核医学科等产生的难于净化处理的废水，单次膜蒸馏净化处理往往不能满足实际需要。
技术实现思路
1、基于此，有必要提供一种双级非接触式膜蒸馏废水处理装置。本发明的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置能够满足核医学科、核电站、乏燃料处理厂等对于放射性废水处理需求。
2、本技术一实施例提供了一种双级非接触式膜蒸馏废水处理装置。
3、一种双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，包括蒸发塔、第一膜蒸馏组件、第二膜蒸馏组件、第一风机、第二风机、蒸发换热组件、温湿度调节组件、旋风分水器以及加热组件，所述蒸发塔、第一膜蒸馏组件、第一风机、第二膜蒸馏组件、第二风机、蒸发换热组件、温湿度调节组件、旋风分水器依次顺序连接，所述旋风分水器还经过第二膜蒸馏组件、所述第一膜蒸馏组件连接所述蒸发塔，所述第一膜蒸馏组件设置于所述蒸发塔内且靠近于所述蒸发塔的顶部，所述加热组件和热泵系统的壳管式换热器连接于所述蒸发塔以用于对所述蒸发塔内的放射性废水加热处理，所述第一风机用于辅助所述蒸发塔内的高湿气体经过第一膜蒸馏组件扩散，所述第二风机用于辅助来自所述第一膜蒸馏组件内的高湿气体经过第二膜蒸馏组件扩散，所述蒸发换热组件用于对来自所述第二风机的高温水蒸气进行热交换，所述温湿度调节组件用于对来自所述蒸发换热组件热交换后的低温水蒸气进行降温，所述旋风分水器用于对来自所述温湿度调节组件的低温水蒸气进行分离以产出二级净化液，所述旋风分水器分离后的干冷空气输入所述第二膜蒸馏组件以及所述第一膜蒸馏组件进行循环。
4、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括流量传感器，所述流量传感器设置在所述第二膜蒸馏组件与所述第二风机之间的循环管道上以用于检测该循环管道内的高温水蒸气的流量。
5、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括第一温湿度传感器，所述第一温湿度传感器设置在所述第二膜蒸馏组件与所述第二风机之间的循环管道上以用于检测该循环管道内的高温水蒸气的温度和湿度。
6、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括第二温湿度传感器，所述第二温湿度传感器设置在所述第二膜蒸馏组件与所述第二风机之间的循环管道上以用于检测该循环管道内的高温水蒸气的温度和湿度。
7、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括补气管道以及补气阀门，所述补气管道连接于所述第二膜蒸馏组件与所述第二风机之间的循环管道，所述补气阀门安装在所述补气管道上以用于向所述蒸发塔与所述第二风机之间的循环管道内补气。
8、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述旋风分水器与所述第二膜蒸馏组件之间的循环管道上以用于检测该循环管道内的干冷空气的压力。
9、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括第三温湿度传感器，所述第三温湿度传感器设置在所述旋风分水器与所述第二膜蒸馏组件之间的循环管道上以用于检测该循环管道内的干冷空气的温度和湿度。
10、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括一级净化液出水管以及一级净化液出水阀门，所述一级净化液出水管连接于所述第二膜蒸馏组件以用于外排所述第二膜蒸馏组件分离出的一级净化液，所述一级净化液出水阀门安装于所述一级净化液出水管。
11、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括二级净化液出水管以及二级净化液出水阀门，所述二级净化液出水管连接于所述旋风分水器以用于外排所述旋风分水器分离出的二级净化液，所述二级净化液出水阀门安装于所述二级净化液出水管。
12、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括压缩机、壳管式换热器以及废水循环泵，所述蒸发塔、所述加热组件、所述壳管式换热器通过加热管道循环连接，所述废水循环泵安装于所述加热管道，所述废水循环泵用于实现所述蒸发塔内的放射性废水经过所述壳管式换热器进行热交换以及经过加热组件加热；
13、所述壳管式换热器还与所述蒸发换热组件通过热泵系统管道循环连接，所述压缩机安装于所述热泵系统管道，所述热泵系统管道内设置有制冷剂，所述制冷剂经过所述蒸发换热组件以对所述蒸发换热组件内的高温水蒸气进行热交换实现吸收高温水蒸气的热量，所述压缩机用于实现所述热泵系统管道内的制冷剂由常温常压变为高温高压后输入所述壳管式换热器以与所述壳管式换热器内的放射性废水进行热交换以提高加热效率。
14、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括螺旋喷头，所述螺旋喷头安装于所述蒸发塔内且靠近于所述第一膜蒸馏组件的下方，所述螺旋喷头的喷淋方向朝下所述蒸发塔的底部，所述螺旋喷头连接在延伸至所述蒸发塔内的加热管道上。
15、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还满足下述条件中的至少一种：
16、（1）所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括补水泵，所述补水泵安装于所述蒸发塔的进液管道上以用于泵入待处理的放射性废水；
17、（2）所述第一膜蒸馏组件包括疏水膜；
18、（3）所述第二膜蒸馏组件包括疏水膜；
19、（4）所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括废水暂存池，所述废水暂存池与所述蒸发塔通过进液管道连接；
20、（5）所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括排污阀门，所述排污阀门安装于所述蒸发塔的底部排污口处。
21、本技术一实施例提供了一种双级非接触式膜蒸馏废水处理方法。
22、一种双级非接触式膜蒸馏废水处理方法，采用上述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，包括如下步骤：
23、将放射性废水输入蒸发塔内至预设高度；
24、控制加热组件对所述蒸发塔的放射性废水进行加热处理至放射性废水的平均水温达到预设温度；
25、所述蒸发塔内的放射性废水经过蒸发作业以高于预设温度的高湿气体形式向所述第一膜蒸馏组件的热侧扩散，高湿气体中的水分子在压力作用下经过所述第一膜蒸馏组件中的疏水膜进入冷侧，形成低于预设温度10℃~20℃的高温水蒸气，由循环管道经过第一风机输送至第二膜蒸馏组件进行二次膜蒸馏净化；
26、高湿气体中的水分子在压力作用下经过所述第二膜蒸馏组件中的疏水膜进入冷侧，形成的高温水蒸气由循环管道经过第二风机输送至蒸发换热组件进行热交换形成低于45℃的低温水蒸气并冷凝成净化水，所述第二膜蒸馏组件产生的一级净化液外排；
27、控制温湿度调节组件对经过所述蒸发换热组件热交换后的低温水蒸气进行降温处理，控制所述旋风分水器对来自所述温湿度调节组件的低温水蒸气进行分离以产出二级净化液，所述旋风分水器分离后的干冷空气经过第二膜蒸馏组件、所述第一膜蒸馏组件输入蒸发塔进行循环。
28、在其中一些实施例中，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理方法还满足下述条件中的至少一种：
29、（1）控制热泵系统管道内的制冷剂循环流动，实现制冷剂与所述蒸发换热组件内的高温水蒸气进行热交换以将高温水蒸气形成低温水蒸气，实现热回收，提高高温热泵的cop而降低能耗；
30、（2）控制压缩机通过机械运动使热泵系统管道内的制冷剂从常温常压变为高温高压状态后输送壳管式换热器并与所述壳管式换热器内的放射性废水进行热交换以提高放射性废水的加热效率及提高高温热泵的cop而降低能耗；
31、（3）放射性废水中的放射性核素包括但不限于133cs、131i、89sr、99mtr、60co；放射性废水的放射性核素浓度不低于5×106bq/l；
32、（4）一级净化液的放射性核素浓度能降低至25bq/l~300bq/l；
33、（5）二级净化液的放射性核素浓度能降低至20bq/l~25bq/l。
34、上述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置中，第一膜蒸馏组件、第二膜蒸馏组件的热侧与冷侧温差不需要太大即可达到较高的膜通量，对保持第一膜蒸馏组件、第二膜蒸馏组件两侧温差的能耗要求低。第一风机、第二风机增加了循环管道内气体循环速度，且对第一膜蒸馏组件、第二膜蒸馏组件上的疏水膜表面有吹扫的作用，使疏水膜保持整洁，不易被污染，消除了膜破损的风险，减少了膜亲水化、腐蚀等问题，疏水膜的使用寿命长，设备整体耐用性高。上述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置对废水中除3h外的非挥发性核素、离子和分子等物质均具有高效净化能力。本技术通过设置第一膜蒸馏组件、第二膜蒸馏组件相互配合，经过二次膜蒸馏净化，能够用于处理医院核医学科等产生的难于净化处理的废水。本技术能够处理的放射性废水中的放射性核素包括但不限于133cs、131i、89sr、99mtr、60co，可将放射性核素浓度为5×106bq/l含131i的核废水净化为放射性核素浓度低于20bq/l~25bq/l的净化水。本技术不仅可用于核电站运行和维修、核事故应急、乏燃料后处理厂生产、医院放疗等产生的放射性废水的高度减容和深度净化处理，而且可用于海水淡化和超纯水生产用途。
35、上述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置通过壳管式换热器、蒸发换热组件、压缩机组成的换热回路实现高温水蒸气的热量回收功能，回收的热量用于对放射性废水的加热，进一步降低能耗需求；
36、上述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置设有多种传感器例如流量传感器、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、压力传感器、第三温湿度传感器，能够实时监视设备的运行稳定性，保证设备长期运行过程的可靠性。
37、上述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置通过设置排污阀门，对蒸发塔内的浓缩废水定期排放，使蒸发塔内废水放射性浓度处于合理水平，保证了运行期间废水净化处理的效果。
1.一种双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，包括蒸发塔、第一膜蒸馏组件、第二膜蒸馏组件、第一风机、第二风机、蒸发换热组件、温湿度调节组件、旋风分水器以及加热组件，所述蒸发塔、所述第一膜蒸馏组件、所述第一风机、所述第二膜蒸馏组件、所述第二风机、所述蒸发换热组件、所述温湿度调节组件、所述旋风分水器依次顺序连接，所述旋风分水器还经过第二膜蒸馏组件、所述第一膜蒸馏组件连接所述蒸发塔，所述第一膜蒸馏组件设置于所述蒸发塔内且靠近于所述蒸发塔的顶部，所述加热组件连接于所述蒸发塔以用于对所述蒸发塔内的放射性废水加热处理，所述第一风机用于辅助所述蒸发塔内的高湿气体经过第一膜蒸馏组件扩散，所述第二风机用于辅助来自所述第一膜蒸馏组件内的高湿气体经过第二膜蒸馏组件扩散，所述蒸发换热组件用于对来自所述第二风机的高温水蒸气进行热交换，所述温湿度调节组件用于对来自所述蒸发换热组件热交换后的低温水蒸气进行降温，所述旋风分水器用于对来自所述温湿度调节组件的低温水蒸气进行分离以产出二级净化液，所述旋风分水器分离后的干冷空气输入所述第二膜蒸馏组件以及所述第一膜蒸馏组件进行循环。
2.根据权利要求1所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还满足下述条件中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括补气管道以及补气阀门，所述补气管道连接于所述第二膜蒸馏组件与所述第二风机之间的循环管道，所述补气阀门安装在所述补气管道上以用于向所述蒸发塔与所述第二风机之间的循环管道内补气。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还满足下述条件中的至少一种：
5.根据权利要求1~3任意一项所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还满足下述条件中的至少一种：
6.根据权利要求1~3任意一项所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括热泵系统，如压缩机、壳管式换热器以及废水循环泵，所述蒸发塔、所述加热组件、所述壳管式换热器通过加热管道循环连接，所述废水循环泵安装于所述加热管道，所述废水循环泵用于实现所述蒸发塔内的放射性废水经过所述壳管式换热器进行热交换以及经过加热组件加热；
7.根据权利要求1~3任意一项所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还包括螺旋喷头，所述螺旋喷头安装于所述蒸发塔内且靠近于所述第一膜蒸馏组件的下方，所述螺旋喷头的喷淋方向朝下所述蒸发塔的底部，所述螺旋喷头连接在延伸至所述蒸发塔内的加热管道上。
8.根据权利要求1~3任意一项所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，其特征在于，所述双级非接触式膜蒸馏废水处理装置还满足下述条件中的至少一种：
9.一种双级非接触式膜蒸馏废水处理方法，其特征在于，采用权利要求1~8任意一项所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理装置，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的双级非接触式膜蒸馏废水处理方法，其特征在于， 所述双级非接触式膜蒸馏废水处理方法还满足下述条件中的至少一种：
